CN111119494A - 一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法，所述方法执行以下步骤：搭设支撑架，包括若干中间支撑架和两个边支撑架；安装拱脚段和桁架，分别起吊拱脚段进行拼装，并安装次桁架，然后分段依次吊装中间部位的分段单元，完成第一榀桁架的安装，然后安装下一榀桁架，直至所有的桁架均安装完毕；安装受力索并进行张拉，张拉受力索的预应力至第一设计值；安装稳定索并进行张拉，张拉稳定索的预应力至第二设计值；卸载第一榀桁架的中间支撑架和边支撑架；卸载下一榀桁架的支撑架，直至所有桁架的支撑架均卸载完毕。此方法施工方法经济合理、安全可靠，解决了大跨度张弦拱形钢结构的受力索、稳定索之间的张拉以及支撑架的卸载问题。

Description

一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法

技术领域

本发明涉及建筑施工技术领域，具体涉及一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法，特别涉及一种超大跨度张弦拱形钢结构的桁架施工方法。

背景技术

改革开放以来，钢结构从起步到现在，短短几十年间，得到迅速的发展，而大跨度空间结构的发展也迎来一个又一个突破，大跨度空间结构的跨度大，既要求结构形式新颖，又要满足结构实际需要，为适应这种需要，大跨度张弦拱形钢结构应运而生，大跨度张弦拱形钢结构是由拉索和弦杆以及撑杆组成的新型自平衡体系，是一种大跨度空间结构混合体系，张弦拱形结构体系把钢弦杆和拉索刚柔两种材料的优势发挥到了极致，从而达到节省材料、降低工程成本的效果。

大跨度张弦拱形钢结构形式独特，弦杆和拉索的有力结合，虽然发挥了结构形式的优越性，但是由于其跨度大，施工过程复杂，同时受施工场地等实际需要的限制，因此，大跨度张弦拱形钢结构张拉和卸载施工方法的选择和应用至关重要。传统的大跨度钢结构的张拉卸载方法大多结构形式简单，不涉及到张拉和卸载两种施工方法同时进行或交错施工，而大跨度张弦拱形钢结构由于弦杆和预应力索的同时存在，要求预应力索的张拉和支撑架的卸载有力配合，才能满足施工过程中的安全性，进而满足原有结构在张拉和卸载过程中的刚度和稳定性要求。

发明内容

本发明提供一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法，旨在提供一种施工简便、方法得当、经济合理、安全可靠且节约工期的超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法。

本发明提供了一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法，所述方法执行以下步骤：

步骤1：搭设支撑架，在主桁架的轴线位置、分段桁架单元的拼装接口处安装位于超大跨度张弦拱形钢结构中间位置的若干中间支撑架，在主桁架轴线位置、分段桁架单元的预应力索的连接节点处预设位于两个所述超大跨度张弦拱形钢结构两侧的边支撑架，其中，所述预应力索包括位于中间的受力索和位于两端的稳定索；

步骤2：安装拱脚段和桁架，用起重设备分别起吊超大跨度张弦拱形钢结构两侧的拱脚段进行拼装，并安装位于所述主桁架之间的次桁架，然后分段依次吊装第一榀桁架中间部位的分段单元，完成第一榀桁架的安装，然后安装下一榀桁架，直至所有的桁架均安装完毕；

步骤3：安装所述受力索并进行张拉，在主桁架与相邻的次桁架形成稳定结构体系后，张拉所述受力索的预应力至第一设计值；

步骤4：安装所述稳定索，并张拉所述稳定索的预应力至第二设计值；

步骤5：卸载所述第一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架；

步骤6：卸载下一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架，直至所述超大跨度张弦拱形钢结构的所有桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架均卸载完毕。

进一步地，在所述步骤1中，所述边支撑架既作为安装支撑架，又作为张拉平台；所述中间支撑架作为安装支撑架。

进一步地，在所述步骤1中，所述边支撑架包括：山墙抗风柱桁架及支撑架的节点组合，并且支撑架的上方为沙漏千斤顶节点。

进一步地，在所述步骤3中，张拉所述受力索的预应力至所述第一设计值，和/或在所述步骤4中，张拉所述稳定索的预应力至所述第二设计值执行以下步骤：

步骤S301：对所述超大跨度张弦拱形钢结构进行施工模拟分析，通过分析所述受力索及所述稳定索顺序张拉时的相互影响，以及卸载所述中间支撑架及所述边支撑架对所述受力索或所述稳定索的索力的影响，确定所述受力索的预应力的第一设计值或所述稳定索的预应力的第二设计值；

步骤S302：安装张拉设备，使所述张拉设备的形心与预应力钢索重合；

步骤S303：采用索力控制和变形控制的双控模式对所述预应力钢索进行张拉，其中所述双控模式以所述索力控制为主、以所述变形控制为辅；

步骤S304：记录采用压力传感器测得的压力和采用全站仪测得的钢结构变形，以对结构施工期行为进行监测，并记录预应力钢索的张拉测量结果。

步骤S305：完成对预应力钢索的张拉后，进行测量校对，如发现异常，暂停张拉，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。

进一步地，在所述步骤S303中，采用油泵对所述预应力钢索进行张拉，启动所述油泵至供油正常后，开始加压，当压力达到钢索的设计拉力时，超张拉3％-10％，然后停止加压，完成所述预应力钢索的张拉，并且在所述张拉的过程中，要控制给油速度，给油时间的范围为0.5min-2min。

进一步地，在所述步骤3中，和/或在所述步骤4中，采用张拉支顶架张拉所述受力索或所述稳定索，并且所述张拉支顶架包括三角形空间结构。

进一步地，在所述步骤5中，卸载所述第一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架执行以下步骤：

步骤S501：一次性地卸载两个所述边支撑架；

步骤S502：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行第一部分卸载，并且在所述第一部分卸载的过程中，所述中间位置的两个中间支撑架的竖向位移的范围为15mm-25mm，以稳定所述第一榀桁架的结构；

步骤S503：分段卸载与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架，每次卸载时，使与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架的竖向位移的范围为10-20mm，直至完全卸载；

步骤S504：按照从两侧向中心的顺序依次且一次性地卸载所述中间位置的两个中间支撑架和与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架之间的其他中间支撑架；

步骤S505：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行第二部分卸载，并且在所述第二部分卸载的过程中，所述中间位置的两个中间支撑架的竖向位移的范围为15mm-25mm，以稳定所述第一榀桁架的结构；

步骤S506：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行全部卸载。

进一步地，所述中间支撑架的数量为4-8个。

进一步地，所述中间支撑架和/或所述边支撑架包括一组两排的支撑架，所述中间支撑架或所述边支撑架包括：

间隔地设置在地面上的第一排支撑架组件(1)和第二排支撑架组件(2)，并且所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)呈喇叭状地设置在地面上，所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(1)的横截面为三角形，其中所述第一排支撑架组件(1)或第二排支撑架组件(2)包括：若干个立杆(3)和若干个倾斜加强杆(4)，其中，

若干个所述立杆(3)倾斜地立在地面上，并且所述立杆(3)与地面的倾斜角的范围为80°-85°，若干个所述倾斜加强杆(4)设置在所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)的内部，若干个所述倾斜加强杆(4) 彼此连接，所述倾斜加强杆(4)之间围设成三角形，并且所述倾斜加强杆(4) 与所述立杆(3)之间围设成三角形；和

顶部连接杆(5)，连接所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)的顶部。

进一步地，在所述步骤3之前还包括如下步骤来确定所述第一设计值和所述第二设计值；

步骤A201、获取所述第一榀桁架的材料的基本信息，并根据所述基本信息确定安全活动力；

其中，F为安全活动力，h为预设的结构系数，c为所述第一榀桁架的长度， g为预设的超大跨度张弦拱形钢结构的安全系数，Fprc为所述第一榀桁架的弹性系数，Lprc为所述第一榀桁架的直径，Pprc为所述第一榀桁架的最大承载力， gprc为预设失稳加载系数，Tm为所述第一榀桁架的弹性模量，M为所述第一榀桁架的横截面的惯性矩；

步骤A202、确定所述第一设计值；

其中，Fs为所述第一设计值，b为预设的主桁架的相对弯曲度，m为次桁架的数量，h为预设的纵肋相对刚度，t为主桁架的厚度，E为预设模量系数， v为预设泊松比，Fy为主桁架的最大承载力；

步骤A203、确定所述第二设计值；

其中，Fw为所述第二设计值，M为拱形钢结构的跨度，R为预设负载，D 为拱形钢结构的宽度，H为拱形钢结构的高度，Q为预设均布载荷，g为当前地点的重力加速度。

本发明实施例提供的一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法，具有以下有益效果：施工方法经济合理、安全可靠，解决了大跨度张弦拱形钢结构的受力索、稳定索之间的张拉以及支撑架的卸载问题，同时本施工方法的张拉操作平台在每根拉索的张拉端搭建、安装在了桁架上，充分利用了桁架下弦和腹杆的作用，方便施工，节约钢材，提高了施工效率及经济效益。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法的流程示意图；

图2A-图2F为根据本发明实施例的方法依次实施的步骤分别获得的超大跨度张弦拱形刚结构的示意图；

图3为本发明实施例中的张拉受力索或稳定索所采用的张拉支顶架的结构示意图；

图4A-图4E为根据本发明实施例的卸载支撑架的方法依次实施的步骤分别获得的超大跨度张弦拱形刚结构的示意图；

图5为本发明实施例中的中间支撑架和/或边支撑架的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法，如图1所示，所述方法执行以下步骤：

步骤1：搭设支撑架，在主桁架的轴线位置、分段桁架单元的拼装接口处安装位于超大跨度张弦拱形钢结构中间位置的若干中间支撑架，在主桁架轴线位置、分段桁架单元的预应力索的连接节点处预设位于两个所述超大跨度张弦拱形钢结构两侧的边支撑架，其中，所述预应力索包括位于中间的受力索和位于两端的稳定索；

步骤2：安装拱脚段和桁架，用起重设备分别起吊超大跨度张弦拱形钢结构两侧的拱脚段进行拼装，并安装位于所述主桁架之间的次桁架，然后分段依次吊装第一榀桁架中间部位的分段单元，完成第一榀桁架的安装，然后安装下一榀桁架，直至所有的桁架均安装完毕；

步骤3：安装所述受力索并进行张拉，在主桁架与相邻的次桁架形成稳定结构体系后，张拉所述受力索的预应力至第一设计值；

步骤4：安装所述稳定索，并张拉所述稳定索的预应力至第二设计值；

步骤5：卸载所述第一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架；

步骤6：卸载下一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架，直至所述超大跨度张弦拱形钢结构的所有桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架均卸载完毕。

上述技术方案的工作原理为：图2A-图2F示出了根据本发明实施例的方法依次实施的步骤分别获得的超大跨度张弦拱形钢结构的示意图。

首先，如图2A所示，分别搭设中间支撑架201和边支撑架202，所述中间支撑架201的数量为4-8个，示例性地，所述中间支撑架201的数量为4个，并且包括依次设置的第一支撑架2011、第二支撑架2012、第三支撑架2013和第四支撑架2014，所述边支撑架202包括第五支撑架2021和第六支撑架2022。接着，如图2B所示，安装超大跨度张弦拱形刚结构两侧的拱脚段203。然后，如图2C所示，安装超大跨度张弦拱形钢结构中间位置的桁架，所述拱脚段203 与所述中间部位的桁架构成整体的桁架204。接着，如图2D所示，安装受力索205，并进行张拉。然后，如图2E所示，安装稳定索206，并进行张拉。接着，如图2F所示，卸载中间支撑架201和边支撑架202。示例性地，预应力结构的受力索安装在超大跨度张弦拱形钢结构的滑移区，预应力结构的稳定索安装在所述滑移区和所述边支撑架之间。

进一步地，所述桁架204的形状为拱形、所述受力索205固定于所述桁架 204下方，所述受力索205呈下凸趋势，如图2D所示，所述超大跨度张弦拱形钢结构还包括固定于所述受力索205与所述桁架204之间的若干撑杆207，所述稳定索206的一端与所述受力索205的下端连接，所述稳定索206的另一端与所述桁架204与所述边支撑架的交点连接，并且所述桁架204为空间倒三角或矩形桁架，所述撑杆207为圆管，所述撑杆207和所述桁架204以及所述受力索205之间的连接均为铰接。所述稳定索206和所述受力索205以及所述桁架204之间的连接均为铰接。示例性地，所述桁架204的厚度为跨度的1/35 —1/40，所述受力索205的垂度为跨度的1/45—1/50，所述撑杆207的高度为跨度的1/15—1/20。

上述技术方案的有益效果为：施工方法经济合理、安全可靠，解决了大跨度张弦拱形钢结构的受力索、稳定索之间的张拉以及支撑架的卸载问题，同时本施工方法的张拉操作平台在每根拉索的张拉端搭建、安装在了桁架上，充分利用了桁架下弦和腹杆的作用，方便施工，节约钢材，提高了施工效率及经济效益。

在一个实施例中，在所述步骤1中，所述边支撑架既作为安装支撑架，又作为张拉平台；所述中间支撑架作为安装支撑架。

上述技术方案的工作原理为：所述支撑架不仅作为张拉操作平台，进行预应力索的张拉，还作为临时支撑架，以进行结构的安装及施工。

上述技术方案的有益效果为：避免了支撑架的重复搭设，实现支撑架的有效利用，经济合理、安全环保。

在一个实施例中，在所述步骤1中，所述边支撑架包括：山墙抗风柱桁架及支撑架的节点组合，并且支撑架的上方为沙漏千斤顶节点。

上述技术方案的工作原理为：边支撑架的这种设计工装可以有效满足支撑架稳定性和抗风压的能力。

上述技术方案的有益效果为：可以提高边支撑架的稳定性及抗风压的能力。

在一个实施例中，在所述步骤3中，张拉所述受力索的预应力至所述第一设计值，和/或在所述步骤4中，张拉所述稳定索的预应力至所述第二设计值执行以下步骤：

步骤S301：对所述超大跨度张弦拱形钢结构进行施工模拟分析，通过分析所述受力索及所述稳定索顺序张拉时的相互影响，以及卸载所述中间支撑架及所述边支撑架对所述受力索或所述稳定索的索力的影响，确定所述受力索的预应力的第一设计值或所述稳定索的预应力的第二设计值；

步骤S302：安装张拉设备，使所述张拉设备的形心与预应力钢索重合；

步骤S303：采用索力控制和变形控制的双控模式对所述预应力钢索进行张拉，其中所述双控模式以所述索力控制为主、以所述变形控制为辅；

步骤S304：记录采用压力传感器测得的压力和采用全站仪测得的钢结构变形，以对结构施工期行为进行监测，并记录预应力钢索的张拉测量结果。

步骤S305：完成对预应力钢索的张拉后，进行测量校对，如发现异常，暂停张拉，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。

上述技术方案的工作原理为：张拉设备的形心与预应力钢索重合，可以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心。采用双控模式对预应力钢索进行张拉，可以提高张拉的效果。记录采用压力传感器测得的压力和采用全站仪测得的钢结构变形，可以对结构施工期行为进行监测。

上述技术方案的有益效果为：可以保证预应力钢索在进行张拉时不产生偏心，并提高张拉的效果。

在一个实施例中，采用油泵对所述预应力钢索进行张拉，启动所述油泵至供油正常后，开始加压，当压力达到钢索的设计拉力时，超张拉3％-10％，然后停止加压，完成所述预应力钢索的张拉，并且在所述张拉的过程中，要控制给油速度，给油时间的范围为0.5min-2min。

上述技术方案的工作原理为：示例性地，当压力达到钢索的设计拉力时，超张拉5％，张拉过程中的给油时间为1min。

上述技术方案的有益效果为：通过对施工过程中预应力张拉值进行有效控制和调整，可减小荷载作用下大跨度张弦拱形桁架的挠度。

在一个实施例中，在所述步骤3中，和/或在所述步骤4中，采用张拉支顶架张拉所述受力索或所述稳定索，并且所述张拉支顶架包括三角形空间结构。

上述技术方案的工作原理为：图3示出了本发明实施例中的张拉受力索或稳定索所采用的张拉支顶架的结构示意图。如图3所示，所述张拉支顶架采用三角形空间结构。

上述技术方案的有益效果为：提高了张拉支顶架的稳定性。

在一个实施例中，在所述步骤5中，卸载所述第一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架执行以下步骤：

步骤S501：一次性地卸载两个所述边支撑架；

步骤S502：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行第一部分卸载，并且在所述第一部分卸载的过程中，所述中间位置的两个中间支撑架的竖向位移的范围为15mm-25mm，以稳定所述第一榀桁架的结构；

步骤S503：分段卸载与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架，每次卸载时，使与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架的竖向位移的范围为10-20mm，直至完全卸载；

步骤S504：按照从两侧向中心的顺序依次且一次性地卸载所述中间位置的两个中间支撑架和与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架之间的其他中间支撑架；

步骤S505：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行第二部分卸载，并且在所述第二部分卸载的过程中，所述中间位置的两个中间支撑架的竖向位移的范围为15mm-25mm，以稳定所述第一榀桁架的结构；

步骤S506：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行全部卸载。

上述技术方案的工作原理为：图4A-图4E示出了根据本发明实施例的卸载支撑架的方法依次实施的步骤分别获得的超大跨度张弦拱形刚结构的示意图。

首先，如图4A所示，一次性地卸载第五支撑架2021和第六支撑架2022。进一步地，在卸载第五支撑架2021和第六支撑架2022后，分别对受力索205 稳定索206进行一次张拉，以提高超大跨度张弦拱形刚结构的稳定性。

然后，如图4B所示，对所述第二支撑架2012和第三支撑架2013执行第一部分卸载，并且在所述第一部分卸载的过程中，所述第二支撑架2012和第三支撑架2013竖向位移的范围为15mm-25mm，例如为20mm，以稳定桁架结构。

接着，如图4C所示，分段卸载所述第一支撑架2011和所述第四支撑架 2014，每次卸载时，第一支撑架2011和第四支撑架2014的竖向位移的范围为 10-20mm，例如为20mm，直至完全卸载。

然后，如图4D所示，对所述第二支撑架2012和第三支撑架2013执行第二部分卸载，并且在所述第二部分卸载的过程中，所述第二支撑架2012和第三支撑架2013竖向位移的范围为15mm-25mm，例如为20mm，以稳定桁架结构。

最后，如图4E所示，对所述第二支撑架2012和第三支撑架2013执行全部卸载。

支撑架卸载的设计和卸载顺序涉及到支撑的安全性和稳定性，合理安排卸载顺序，并通过施工模拟计算，可有效安排卸载、节约工期，提高施工的安全度，满足现场拼装、强度和稳定性的要求。

上述技术方案的有益效果为：在形成稳定体系后，根据实际情况制定逐步卸载方案，并经过施工模拟分析计算，确保卸载过程结构安全和卸载支撑架后结果的稳定性能。

在一个实施例中，所述中间支撑架和/或所述边支撑架包括一组两排的支撑架。

上述技术方案的工作原理为：如图5所示，中间支撑架201为一组两排的结构，或者边支撑架202为一组两排的结构，或者中间支撑架201和边支撑架 202均为一组两排的结构。

上述技术方案的有益效果为：可以显著提高中间支撑架和/或边支撑架的稳定性及抗风压的能力。

在一个实施例中，如图5所示，所述中间支撑架或所述边支撑架包括：

间隔地设置在地面上的第一排支撑架组件(1)和第二排支撑架组件(2)，并且所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)呈喇叭状地设置在地面上，所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(1)的横截面为三角形，其中所述第一排支撑架组件(1)或第二排支撑架组件(2)包括：若干个立杆(3)和若干个倾斜加强杆(4)，其中，

若干个所述立杆(3)倾斜地立在地面上，并且所述立杆(3)与地面的倾斜角的范围为80°-85°，若干个所述倾斜加强杆(4)设置在所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)的内部，若干个所述倾斜加强杆(4) 彼此连接，所述倾斜加强杆(4)之间围设成三角形，并且所述倾斜加强杆(4) 与所述立杆(3)之间围设成三角形；和

顶部连接杆(5)，连接所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)的顶部。

上述技术方案的工作原理为：所述顶部连接杆(5)连接在所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)的顶部的立杆(3)之间。所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(1)的横截面为等腰梯形。所述立杆(3)通过膨胀螺栓与地面连接。若干个所述倾斜加强杆(4)的长度相等，并且若干个所述倾斜加强杆(4)围设成的三角形的形状为等边三角形。

上述技术方案的有益效果为：中间支撑架或边支撑架包括第一排支撑架组件和第二排支撑架组件，呈喇叭状地设置在地面上，若干个倾斜加强杆之间围设成三角形，并且倾斜加强杆与立杆之间围设成三角形，可以显著提高中间支撑架和/或边支撑架的稳定性及抗风压的能力。

在一个实施例中，在所述步骤3之前还包括如下步骤来确定所述第一设计值和所述第二设计值；

步骤A201、获取所述第一榀桁架的材料的基本信息，并根据所述基本信息确定安全活动力；

其中，F为安全活动力，h为预设的结构系数，c为所述第一榀桁架的长度， g为预设的超大跨度张弦拱形钢结构的安全系数，Fprc为所述第一榀桁架的弹性系数，Lprc为所述第一榀桁架的直径，Pprc为所述第一榀桁架的最大承载力， gprc为预设失稳加载系数，Tm为所述第一榀桁架的弹性模量，M为所述第一榀桁架的横截面的惯性矩；

其中，h在预设值时，当所述第一榀桁架两端固定，预设值为0.47；当所述第一榀桁架一端固定，一端铰支，预设值为0.72，当所述第一榀桁架两端铰支，预设值为1，当所述第一榀桁架一端固定，一端自由，预设值为2。

g预设值为4，gprc预设值为0.32；

步骤A202、确定所述第一设计值；

其中，Fs为所述第一设计值，b为预设的主桁架的相对弯曲度，m为次桁架的数量，h为预设的纵肋相对刚度，t为主桁架的厚度，E为预设模量系数， v为预设泊松比，Fy为主桁架的最大承载力；

其中，h的预设值为63.16，E的预设值为2.06*1011N/m²，v的预设值为0.3，h的预设值为0、5/1000、30/1000三个值中选择一个，b的预设值为0.8；

步骤A203、确定所述第二设计值；

其中，Fw为所述第二设计值，M为拱形钢结构的跨度，R为预设负载，D 为拱形钢结构的宽度，H为拱形钢结构的高度，Q为预设均布载荷，g为当前地点的重力加速度，

其中，R的预设值为10，Q的预设值为43kg/m。

上述技术方案的有益效果为：利用上述技术可以智能地控制所述第一设计值和所述第二设计值，使得所述第一设计值和所述第二设计值能够更好的吻合拱形钢结构，同时在所述智能地控制第一设计值和所述第二设计值的过程中，通过稳定计算理论，得到了安全活动力的计算公式，使得所述拱形钢结构的稳定和强度能达到一个均衡的值，从而使得安全性能得到提高，但不会增加经济成本，同时根据JTG D64-2015标准来确定受力值，使得所述拱形钢结构的受力值能够符合公路钢结构桥梁的设计规范，同时利用对载荷进行简化后分析，得到第二设计值，从而计算第二设计值变得简单方便，可操作性强。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种超大跨度张弦拱形钢结构的高空原位施工方法，其特征在于，所述方法执行以下步骤：

步骤1：搭设支撑架，在主桁架的轴线位置、分段桁架单元的拼装接口处安装位于超大跨度张弦拱形钢结构中间位置的若干中间支撑架，在主桁架轴线位置、分段桁架单元的预应力索的连接节点处预设位于两个所述超大跨度张弦拱形钢结构两侧的边支撑架，其中，所述预应力索包括位于中间的受力索和位于两端的稳定索；

步骤2：安装拱脚段和桁架，用起重设备分别起吊超大跨度张弦拱形钢结构两侧的拱脚段进行拼装，并安装位于所述主桁架之间的次桁架，然后分段依次吊装第一榀桁架中间部位的分段单元，完成第一榀桁架的安装，然后安装下一榀桁架，直至所有的桁架均安装完毕；

步骤3：安装所述受力索并进行张拉，在主桁架与相邻的次桁架形成稳定结构体系后，张拉所述受力索的预应力至第一设计值；

步骤4：安装所述稳定索，并张拉所述稳定索的预应力至第二设计值；

步骤5：卸载所述第一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架；

步骤6：卸载下一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架，直至所述超大跨度张弦拱形钢结构的所有桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架均卸载完毕。

2.如权利要求1所述的高空原位施工方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述边支撑架既作为安装支撑架，又作为张拉平台；所述中间支撑架作为安装支撑架。

3.如权利要求1所述的高空原位施工方法，其特征在于，在所述步骤1中，所述边支撑架包括：山墙抗风柱桁架及支撑架的节点组合，并且支撑架的上方为沙漏千斤顶节点。

4.如权利要求1所述的高空原位施工方法，其特征在于，在所述步骤3中，张拉所述受力索的预应力至所述第一设计值，和/或在所述步骤4中，张拉所述稳定索的预应力至所述第二设计值执行以下步骤：

步骤S301：对所述超大跨度张弦拱形钢结构进行施工模拟分析，通过分析所述受力索及所述稳定索顺序张拉时的相互影响，以及卸载所述中间支撑架及所述边支撑架对所述受力索或所述稳定索的索力的影响，确定所述受力索的预应力的第一设计值或所述稳定索的预应力的第二设计值；

步骤S302：安装张拉设备，使所述张拉设备的形心与预应力钢索重合；

步骤S303：采用索力控制和变形控制的双控模式对所述预应力钢索进行张拉，其中所述双控模式以所述索力控制为主、以所述变形控制为辅；

步骤S304：记录采用压力传感器测得的压力和采用全站仪测得的钢结构变形，以对结构施工期行为进行监测，并记录预应力钢索的张拉测量结果。

步骤S305：完成对预应力钢索的张拉后，进行测量校对，如发现异常，暂停张拉，待查明原因，并采取措施后，再继续张拉。

5.如权利要求4所述的高空原位施工方法，其特征在于，在所述步骤S303中，采用油泵对所述预应力钢索进行张拉，启动所述油泵至供油正常后，开始加压，当压力达到钢索的设计拉力时，超张拉3％-10％，然后停止加压，完成所述预应力钢索的张拉，并且在所述张拉的过程中，要控制给油速度，给油时间的范围为0.5min-2min。

6.如权利要求1所述的高空原位施工方法，其特征在于，在所述步骤3中，和/或在所述步骤4中，采用张拉支顶架张拉所述受力索或所述稳定索，并且所述张拉支顶架包括三角形空间结构。

7.如权利要求1所述的高空原位施工方法，其特征在于，在所述步骤5中，卸载所述第一榀桁架的所述中间支撑架和所述边支撑架执行以下步骤：

步骤S501：一次性地卸载两个所述边支撑架；

步骤S502：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行第一部分卸载，并且在所述第一部分卸载的过程中，所述中间位置的两个中间支撑架的竖向位移的范围为15mm-25mm，以稳定所述第一榀桁架的结构；

步骤S503：分段卸载与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架，每次卸载时，使与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架的竖向位移的范围为10-20mm，直至完全卸载；

步骤S504：按照从两侧向中心的顺序依次且一次性地卸载所述中间位置的两个中间支撑架和与两个所述边支撑架相邻的两个所述中间支撑架之间的其他中间支撑架；

步骤S505：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行第二部分卸载，并且在所述第二部分卸载的过程中，所述中间位置的两个中间支撑架的竖向位移的范围为15mm-25mm，以稳定所述第一榀桁架的结构；

步骤S506：对所述中间支撑架中靠近所述超大跨度张弦拱形钢结构的中间位置的两个中间支撑架执行全部卸载。

8.如权利要求1所述的高空原位施工方法，其特征在于，所述中间支撑架的数量为4-8个。

9.如权利要求1所述的高空原位施工方法，其特征在于，所述中间支撑架和/或所述边支撑架包括一组两排的支撑架，所述中间支撑架或所述边支撑架包括：

间隔地设置在地面上的第一排支撑架组件(1)和第二排支撑架组件(2)，并且所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)呈喇叭状地设置在地面上，所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(1)的横截面为三角形，其中所述第一排支撑架组件(1)或第二排支撑架组件(2)包括：若干个立杆(3)和若干个倾斜加强杆(4)，其中，

若干个所述立杆(3)倾斜地立在地面上，并且所述立杆(3)与地面的倾斜角的范围为80°-85°，若干个所述倾斜加强杆(4)设置在所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)的内部，若干个所述倾斜加强杆(4)彼此连接，所述倾斜加强杆(4)之间围设成三角形，并且所述倾斜加强杆(4)与所述立杆(3)之间围设成三角形；和

顶部连接杆(5)，连接所述第一排支撑架组件(1)和所述第二排支撑架组件(2)的顶部。

10.如权利要求1所述的高空原位施工方法，其特征在于，在所述步骤3之前还包括如下步骤来确定所述第一设计值和所述第二设计值；

步骤A201、获取所述第一榀桁架的材料的基本信息，并根据所述基本信息确定安全活动力；

其中，F为安全活动力，η为预设的结构系数，c为所述第一榀桁架的长度，γ为预设的超大跨度张弦拱形钢结构的安全系数，Fprc为所述第一榀桁架的弹性系数，Lprc为所述第一榀桁架的直径，Pprc为所述第一榀桁架的最大承载力，γprc为预设失稳加载系数，Tm为所述第一榀桁架的弹性模量，M为所述第一榀桁架的横截面的惯性矩；

步骤A202、确定所述第一设计值；

其中，Fs为所述第一设计值，b为预设的主桁架的相对弯曲度，m为次桁架的数量，η为预设的纵肋相对刚度，t为主桁架的厚度，E为预设模量系数，v为预设泊松比，Fy为主桁架的最大承载力；

步骤A203、确定所述第二设计值；

其中，Fw为所述第二设计值，M为拱形钢结构的跨度，R为预设负载，D为拱形钢结构的宽度，H为拱形钢结构的高度，Q为预设均布载荷，g为当前地点的重力加速度。

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